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氮化镓(GaN)

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氮化镓功率器件及其应用(四)—TI氮化镓器件在无桥PFC设计中的应用(下)

这个是测试结果 针对这个氮化镓的高压 MOS 在 PFC 里面的应用 做了一些具体的测试 这个管子是选用的是碳化硅管 Cree 的碳化硅二极管 我们看到就是这个管子在开通和关断的时候 它的那个上升沿 下降沿和上升沿都是非常的快 而且基本上可以看到就是说 没有太多的这个毛刺或者是 ring 在里面 这个导通时间大概是 9ns dV/dt 的话大概是在 80-79V/ns 的样子 而且我们可以看到就是说在 VDS 在上升的时候 这个 Coss 基本上是一个线性的 这个是我们对应实测的一个波形 就是说如果我们把这个死区时间放大 有一定的放大 放大到 100ns 的时候 我们可以看到这个地方的电压 同步管这个地方的电压工作的时候 这里大概是在 6V 的样子 就说这里是类似于像体二极管的效应 但是它实际上不是体二极管 我们尽可能的把这个时间减小 把这个死区时间减少 这上面的损耗包括效率都会有提升 这个是反向恢复的一个测试 对应的对比测试的话 一个是氮化镓的 另外一个是可以 Cree 的碳化硅 另外一个的话是普通的 ST 的二极管 我们可以看到就是说氮化镓的这个反向恢复过程 其实基本上和 SiC 是非常接近的 当然更多的有这个 ring 或者这个震荡 其实并不是器件本身 实际上是相应的这些电极之间的这种结电容 或者说是等效的这个结电容造成的 在无桥 PFC 里面 其实 AC 的过零点检测这个点控制 是一个比较头疼的问题 针对这个点 我们提出了大概有一个算法 就是说针对输入电压高压 比如说 230V、115V 设定不同的这个开通和关断门限 在过零点的前后 按照所希望的顺序 比如说逐渐减少占空比 逐渐增加占空比 先开通或者先关断这个工频的这个管子 或者说先过了这个点之后 先导通工频的这个 MOS 然后再打开这个 PFC 的管子等等 在这样一个工作时序情况下 我们可以把过零点控制得非常好 当然要做这样的控制 必须要用这个数字控制器 传统的模拟控制器很难能完成这样的控制工作 这是实测的一个对比 就是说在我们采用这种过零点控制方式 或者控制算法之前 我们可以看到就是说在这个点对应的点 我们会有一个 spike 或者说有一个尖刺 这一点就会带来 THD 的上升 带来这个我的谐波电流会增大 在采用相应的这个控制方式之后 我们可以看到这个点是变得就相对会比较光滑 对于这个点的话 它这个电流变化或者是一个小尖刺基本上就接近于消失 对应的带来的就是说我的 THD 相应会减少很多 甚至包括一部分的 EMI 问题也会有所改善 这个是一个实测的波形 115V、230V 我们看到 THD 大概只有 3.3% 和那个 4.0% 这个是实测的效率曲线 这是 230V 是蓝色的这个效率曲线 这个是 115V 的 这个效率曲线这个变化 我们看到就是说在采用这种轻载的时候 采用 ZCD 的工作方式 其实我们可以也可以把轻载的这个效率做得非常好 这个样机的话效率大概做到 98.5% 最新的话现在已经超过 99% 大概是 99.2% 的样子 这个就是我们采用氮化镓的无桥 PFC 这样一个样机 氮化镓 MOS 是直接压在这个散热器里面的 大概是在这个位置上 这个 topic 我们给大家介绍一下 就是 TI 在 AC/DC 和 DC/DC 两个方面 氮化镓的一些具体的应用 包括一些具体的特性和介绍 对于现在氮化镓来说 应该说一个新器件 但是就我们来看就是氮化镓的出现 对于整个 power 对于包括逆变器 包括所有的传统器件来说 都是一个革新性的一个东西 对于我们的在功率密度 在效率在这个尺寸方面的一些改善 都会有非常好的这个前景 整个的这个从我们实际作为这个 solution 或者说作为一些测试 或者说作为一些测试 包括一些实际的情况来看 它基本上符合预期 甚至有些地方它的一些特性 或者说应用的最终的结果 实际上还超出原有的预期的一些的这个指标 这个是氮化镓的 EPC 的一个广告了 当然就是说氮化镓的出现 其实并不会意味着就是说 MOS 或者说硅的这个终结 这是不可能的 因为 MOS 管用了这么多年 现在三极管也还在用 当然氮化镓的出现的对于 MOS 应该说有更好的一些推动 包括价格包括性能 MOS 可能会比以往变得更好 价格更低 当然氮化镓本身 按照我们和氮化镓的供应商沟通的结果 就是说氮化镓大概的价格应该会在 2 到 3 年内 降到和现有的这个 MOS 基本上差不多的价位 换句话说在未来这个氮化镓的应用前景会是非常广 谢谢大家

这个是测试结果

针对这个氮化镓的高压 MOS 在 PFC 里面的应用

做了一些具体的测试

这个管子是选用的是碳化硅管

Cree 的碳化硅二极管

我们看到就是这个管子在开通和关断的时候

它的那个上升沿

下降沿和上升沿都是非常的快

而且基本上可以看到就是说

没有太多的这个毛刺或者是 ring 在里面

这个导通时间大概是 9ns

dV/dt 的话大概是在 80-79V/ns 的样子

而且我们可以看到就是说在 VDS 在上升的时候

这个 Coss 基本上是一个线性的

这个是我们对应实测的一个波形

就是说如果我们把这个死区时间放大

有一定的放大

放大到 100ns 的时候

我们可以看到这个地方的电压

同步管这个地方的电压工作的时候

这里大概是在 6V 的样子

就说这里是类似于像体二极管的效应

但是它实际上不是体二极管

我们尽可能的把这个时间减小

把这个死区时间减少

这上面的损耗包括效率都会有提升

这个是反向恢复的一个测试

对应的对比测试的话

一个是氮化镓的

另外一个是可以 Cree 的碳化硅

另外一个的话是普通的 ST 的二极管

我们可以看到就是说氮化镓的这个反向恢复过程

其实基本上和 SiC 是非常接近的

当然更多的有这个 ring 或者这个震荡

其实并不是器件本身

实际上是相应的这些电极之间的这种结电容

或者说是等效的这个结电容造成的

在无桥 PFC 里面

其实 AC 的过零点检测这个点控制

是一个比较头疼的问题

针对这个点

我们提出了大概有一个算法

就是说针对输入电压高压

比如说 230V、115V

设定不同的这个开通和关断门限

在过零点的前后

按照所希望的顺序

比如说逐渐减少占空比

逐渐增加占空比

先开通或者先关断这个工频的这个管子

或者说先过了这个点之后

先导通工频的这个 MOS

然后再打开这个 PFC 的管子等等

在这样一个工作时序情况下

我们可以把过零点控制得非常好

当然要做这样的控制

必须要用这个数字控制器

传统的模拟控制器很难能完成这样的控制工作

这是实测的一个对比

就是说在我们采用这种过零点控制方式

或者控制算法之前

我们可以看到就是说在这个点对应的点

我们会有一个 spike 或者说有一个尖刺

这一点就会带来 THD 的上升

带来这个我的谐波电流会增大

在采用相应的这个控制方式之后

我们可以看到这个点是变得就相对会比较光滑

对于这个点的话

它这个电流变化或者是一个小尖刺基本上就接近于消失

对应的带来的就是说我的 THD 相应会减少很多

甚至包括一部分的 EMI 问题也会有所改善

这个是一个实测的波形 115V、230V

我们看到 THD 大概只有 3.3% 和那个 4.0%

这个是实测的效率曲线

这是 230V 是蓝色的这个效率曲线

这个是 115V 的

这个效率曲线这个变化

我们看到就是说在采用这种轻载的时候

采用 ZCD 的工作方式

其实我们可以也可以把轻载的这个效率做得非常好

这个样机的话效率大概做到 98.5%

最新的话现在已经超过 99%

大概是 99.2% 的样子

这个就是我们采用氮化镓的无桥 PFC 这样一个样机

氮化镓 MOS 是直接压在这个散热器里面的

大概是在这个位置上

这个 topic 我们给大家介绍一下

就是 TI 在 AC/DC 和 DC/DC 两个方面

氮化镓的一些具体的应用

包括一些具体的特性和介绍

对于现在氮化镓来说

应该说一个新器件

但是就我们来看就是氮化镓的出现

对于整个 power 对于包括逆变器

包括所有的传统器件来说

都是一个革新性的一个东西

对于我们的在功率密度

在效率在这个尺寸方面的一些改善

都会有非常好的这个前景

整个的这个从我们实际作为这个 solution

或者说作为一些测试

或者说作为一些测试

包括一些实际的情况来看

它基本上符合预期

甚至有些地方它的一些特性

或者说应用的最终的结果

实际上还超出原有的预期的一些的这个指标

这个是氮化镓的 EPC 的一个广告了

当然就是说氮化镓的出现

其实并不会意味着就是说 MOS 或者说硅的这个终结

这是不可能的

因为 MOS 管用了这么多年

现在三极管也还在用

当然氮化镓的出现的对于 MOS 应该说有更好的一些推动

包括价格包括性能

MOS 可能会比以往变得更好

价格更低

当然氮化镓本身

按照我们和氮化镓的供应商沟通的结果

就是说氮化镓大概的价格应该会在 2 到 3 年内

降到和现有的这个 MOS 基本上差不多的价位

换句话说在未来这个氮化镓的应用前景会是非常广

谢谢大家

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氮化镓功率器件及其应用(四)—TI氮化镓器件在无桥PFC设计中的应用(下)

所属课程:氮化镓功率器件及其应用 发布时间:2016.04.18 视频集数:4 本节视频时长:00:07:10

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